Difrac¸˜ao de raios X em altas press˜oes do composto LASSBio-1774

D-H_{· · · A} D-H ( ˚A) H_{· · · A ( ˚A) D· · · A ( ˚A) D-H· · · A (}◦_{) Operac¸˜ao de Simetria} C18-H18B_{· · · Cg1}i 0,96 2,76 3,592(2) 145 i: 3/2+x,-1/2+y,z

C6-H6_{· · · O2}ii 0,93 2,66 3,199(2) 117 ii: _{2 − x, 1/2 + y, 1/2 − z} C7-H7_{· · · O2}ii 0,93 2,66 3,197(2) 117 ii: _{2 − x, 1/2 + y, 1/2 − z}

C9-C11ii 3,318(3) ii: _{2 − x, 1/2 + y, 1/2 − z}

C8-H8C_{· · · O6}iii 0,96 2,61 3,470(3) 149 iii:_{3/2 − x, 2 − y, −1/2 + z}

Tabela 5.6: Ligac¸˜oes de hidrogˆenio para o composto LASSBio-1774 Fonte: Elaborada pela autora.

5.1.3

Difrac¸˜ao de raios X em altas press˜oes do composto LASSBio-1774

A amostra utilizada para coleta de dados de raios X em alta press˜ao foi retirada do mesmo frasco que a amostra utilizada na medida anteriormente detalhada. Foi preparada uma junta de ac¸o de 250 µm de diˆametro na qual foi colocado o monocristal juntamente com um cristal de rubi e o l´ıquido transmissor de press˜ao. A junta foi posicionada na face polida do diamante de uma cˆamara de bigornas de diamantes (DAC) do tipo Merrill-Bassett que foi, na sequˆencia, fechada a fim de gerar um aumento da press˜ao na amostra. Uma mistura de metanol-etanol (4:1) foi utilizada como meio transmissor de press˜ao a fim de garantir que a press˜ao fosse aplicada uniformemente na amostra e n˜ao ao longo de uma direc¸˜ao espec´ıfica.

As medidas de fluorescˆencia para aferic¸˜ao da press˜ao foram realizadas no fluor´ımetro Horiba FluoroLog FL3-22 instalado nas dependˆencias do Grupo de F´ısica de Materiais (GFM) do IF-UFG. O fabricante da DAC sugere que os comprimentos de onda de excitac¸˜ao sejam de 488 nm ou de 514,5 nm. A DAC foi posicionada no interior do fluor´ımetro e foi selecionado o comprimento de onda de excitac¸˜ao de 488 nm. Foram testadas v´arias aberturas tanto da fenda de excitac¸˜ao quanto da de emiss˜ao e a varredura no comprimento de onda de emiss˜ao foi desde 680 nm at´e 740 nm. Por´em, surgiu uma banda larga devida `a absorc¸˜ao pelo corpo met´alico da DAC. Essa banda causou aumento no ru´ıdo de fundo, conforme pode ser visto na figura 5.15 e, por essa raz˜ao, o espectro para esse comprimento de onda foi descartado. O comprimento de onda de excitac¸˜ao foi ent˜ao modificado para 514,5 nm e a largura das fendas de excitac¸˜ao e de emiss˜ao foram variadas de modo a obter uma

5.1.3 Difrac¸˜ao de raios X em altas press˜oes do composto LASSBio-1774 64

definic¸˜ao conveniente para as linhasR1 eR2. A medida foi feita, ent˜ao, fixando a fenda de excitac¸˜ao em 0,9 mm e a fenda de emiss˜ao em 0,6 mm. O comprimento de onda de emiss˜ao foi varrido desde 690 nm at´e 695 nm e o tempo de integrac¸˜ao foi de 5 segundos. O espectro de fluorescˆencia do rubi para esse caso ´e mostrado na figura5.16.

Figura 5.15: Espectro fluorescˆencia do rubi com excitac¸˜ao por uma luz de comprimento de onda de 488 nm

5.1.3 Difrac¸˜ao de raios X em altas press˜oes do composto LASSBio-1774 65

Figura 5.16: Espectro de fluorescˆencia do rubi com excitac¸˜ao por uma luz de comprimento de onda de 514 nm

Fonte: Imagem obtida a partir do software do fluor´ımetro Horiba FluoroLog FL3-22.

Ap´os a medida de fluorescˆencia, foi realizada a coleta de dados de difrac¸˜ao de raios X. Com os dados obtidos foi feita a indexac¸˜ao com o objetivo de determinar a c´elula unit´aria. O m´etodo autom´atico utilizado pelo software do difratˆometro falhou, o que levou a uma busca manual pelas reflex˜oes provenientes da amostra de interesse. Foram exclu´ıdas da lista as reflex˜oes mais intensas que s˜ao provenientes do diamante, e foram exclu´ıdas tamb´em as regi˜oes sombreadas pela DAC. Com isso, foi poss´ıvel determinar os parˆametros de rede da nova c´elula unit´aria, que foram: a = 14,81 ˚A, b = 9,03 ˚A, c = 28,26 ˚A, β = 89,78◦_{, volume = 3779 ˚A}3_{. Esse resultado mostrou que ocorreu uma} transic¸˜ao da fase ortorrˆombica para a fase monocl´ınica, al´em de uma reduc¸˜ao de 200 ˚A3_{no volume} da c´elula unit´aria.

Ap´os essa medida, a press˜ao foi aumentada com uma rotac¸˜ao de aproximadamente 10◦ _{em cada} um dos parafusos da DAC e foi feita uma nova tentativa de medida da press˜ao por meio da fluo- rescˆencia do rubi, por´em n˜ao foi poss´ıvel realizar a medida pois o cristal de rubi perdeu a mono- cristalinidade junto com a amostra. Dessa forma, n˜ao foi poss´ıvel obter o espectro de fluorescˆencia para esse caso e n˜ao foi poss´ıvel, tamb´em, recuperar o cristal de rubi para medir os picos de fluo-

5.1.3 Difrac¸˜ao de raios X em altas press˜oes do composto LASSBio-1774 66

rescˆencia `a press˜ao ambiente e utilizar esse valor para encontrar a press˜ao nas condic¸˜oes das medidas anteriores.

Levando em conta o tempo gasto para cada medida de fluorescˆencia e tamb´em o fato de que as medidas de press˜ao devem ser feitas antes e ap´os o experimento de difrac¸˜ao de raios X, foi decidido que n˜ao seria conveniente realizar tais medidas, pois a elevada demanda de usu´arios de ambos os equipamentos (Fluor´ımetro e Difratˆometro) n˜ao nos permitiria ter o acesso necess´ario para o andamento adequado das coletas. Dessa maneira, escolhemos estimar a press˜ao na DAC baseando no m´odulo volum´etrico do l´ıquido transmissor de press˜ao e no volume do cilindro que cont´em a amostra, por meio da equac¸˜ao5.1:

B = −V P ∆V0

(5.1) Utilizando a equac¸˜ao5.1foi poss´ıvel estimar a press˜ao com uma precis˜ao m´edia de 40%. Assim, o experimento de difrac¸˜ao de raios X foi retomado seguindo o mesmo procedimento descrito no cap´ıtulo 4. A seguir ser˜ao discutidos os resultados obtidos para o composto LASSBio-1774 em altas press˜oes.

Foram realizadas trˆes coletas em altas press˜oes. Foram determinados os parˆametros de rede e o volume da c´elula unit´aria at´e uma press˜ao estimada de 1,92_×108 Pa. A determinac¸˜ao da c´elula unit´aria em cada press˜ao foi feita ap´os o t´ermino da coleta e foram utilizadas todas as imagens obtidas no experimento, como usualmente ´e feito para medidas dessa natureza. Os dados referentes `as trˆes coletas est˜ao reunidos na tabela5.7.

A primeira coleta foi realizada sob uma press˜ao estimada de_{5, 95×10}7Pa. A indexac¸˜ao da c´elula unit´aria foi feita com base no crit´erio de I/_{σ(I) ≥ 40 fornecendo um total de 398 reflex˜oes com} intensidade menor que 1000 contagens. Os parˆametros de rede obtidos foram: a = 14,7673(30) ˚A, b = 9,0727(18) ˚A, c = 28,1605(56) ˚A, β = 90,405(30)◦_{volume = 3773(26) ˚A}3_{. Assim, a c´elula unit´aria} da primeira coleta apresentou uma reduc¸˜ao de volume igual a 206 ˚A3 _{com relac¸˜ao `a c´elula obtida} em press˜ao ambiente. Al´em dessa reduc¸˜ao, nota-se tamb´em uma transic¸˜ao de fase de ortorrˆombico para monocl´ınico. Essa transic¸˜ao sugere que houve uma quebra na simetria original, possivelmente

5.1.3 Difrac¸˜ao de raios X em altas press˜oes do composto LASSBio-1774 67

modificando a unidade assim´etrica.

A segunda coleta foi realizada sob uma press˜ao estimada de 1,27_×108 Pa. A c´elula unit´aria foi indexada com base no crit´erio de I/_{σ(I) ≥ 40 obtendo um total de 1747 reflex˜oes com intensidade} menor que 1000 contagens. Esse n´umero maior de reflex˜oes ´e devido ao aumento da redundˆancia nas reflex˜oes n˜ao indicando, de fato, uma melhora nos dados. Nessa condic¸˜ao, a c´elula unit´aria obtida mostrou uma reduc¸˜ao de 177 ˚A3 _{com relac¸˜ao `a celula unit´aria da press˜ao anterior. Os parˆametros} foram: a = 14,5573(29) ˚A, b = 9,0297(18) ˚A, c = 27,3560(55) ˚A, β = 90,388(30)◦_{volume = 3596(12)}

˚ A3_.

A terceira coleta foi realizada sob uma press˜ao estimada de 1,92_×108 Pa. A c´elula unit´aria foi indexada com base no crit´erio de I/_{σ(I) ≥ 70, obtendo um total de 234 reflex˜oes com intensidade} menor que 5000 contagens. Nessa condic¸˜ao, a c´elula unit´aria obtida mostrou uma reduc¸˜ao de 196

˚

A3 _{com relac¸˜ao `a c´elula unit´aria da press˜ao anterior. Os parˆametros foram: a = 14,3347(29) ˚A, b =} 9,0644(18) ˚A, c = 26,1764(52) ˚A, β = 91,666(30)◦_{volume = 3400(30) ˚A}3_.

Foram feitas tentativas de aumentar ainda mais a press˜ao mas a amostra perdeu monocristalini- dade, inviabilizando a continuac¸˜ao das coletas.

Os parˆametros de rede para cada press˜ao est˜ao listados na tabela5.7.

Coleta Press˜ao (Pa) a ( ˚A) b ( ˚A) c ( ˚A) β (◦_{) Volume ( ˚A}3₎

01 Patm 15,0319(2) 9,1414(1) 28,9596(4) 90 3979,41(14)

02 5,95_×107 14,7673(30) 9,0727(18) 28,1605(56) 90,405(30) 3773(26) 03 1,27_×108 14,5573(29) 9.0297(18) 27,3560(55) 90,388(30) 3596(12) 04 1,92_×108 14,3347(29) 9,0644(18) 26,1764(52) 91,666(30) 3400(26)

Tabela 5.7: Parˆametros de rede para as coletas em alta press˜ao - LASSBio-1774 Fonte: Elaborada pela autora.

As diferenc¸as na variac¸˜ao dos parˆametros de rede podem ser justificadas pelas interac¸˜oes inter- moleculares que ocorrem ao longo de suas direc¸˜oes. O parˆametro c reduziu de 9,6% no intervalo de press˜ao em quest˜ao enquanto que os parˆametros a e b reduziram de 4,6% e 0,8%, respectivamente. A variac¸˜ao total de volume da c´elula unit´aria foi de 14,6%. Analisando a figura 5.14, ´e poss´ıvel

5.1.3 Difrac¸˜ao de raios X em altas press˜oes do composto LASSBio-1774 68

verificar que a direc¸˜ao [001] ´e a de maior flexibilidade do arranjo supramolecular, o que corrobora com a maior compress˜ao observada no parˆametro c, com relac¸˜ao aos demais parˆametros. A com- press˜ao da rede ao longo da direc¸˜ao [010] foi bastante discreta. Pelas figuras 5.12 e 5.13 nota-se que as ligac¸˜oes entre as mol´eculas s˜ao mediadas por interac¸˜oes do tipo C-H_{· · · π, π · · · π e por uma} interac¸˜ao de hidrogˆenio bifurcada, tornando o empacotamento bastante r´ıgido ao longo do eixo b, o que dificulta sobremaneira um rearranjo das mol´eculas nessa direc¸˜ao. J´a ao longo de [100], a diminuic¸˜ao do parˆametro a foi quase linear, assim como a reduc¸˜ao do volume da c´elula unit´aria. O ˆanguloβ foi se tornando mais obtuso com o aumento da press˜ao, o que acentuou ainda mais o car´ater monocl´ınico do novo arranjo cristalino. Toda essa arquitetura molecular fez com que a compress˜ao fosse anisotr´opica. As variac¸˜oes percentuais dos parˆametros de rede est˜ao detalhadas na tabela5.8.

Coleta Press˜ao (Pa) a ( ˚A) b ( ˚A) c ( ˚A) β (◦_{) Volume ( ˚A}3₎

01 Patm 15,0319(2) 9,1414(1) 28,9596(4) 90 3979,41(14)

02 5,95_×107 -1,8% -0,8% -2,8% 0,45% -5,2%

03 1,27_×108 -3,2% -1,2% -5,5% 0,43% -9,6%

04 1,92_×108 -4,6% -0,8% -9,6% 1,85% -14,6%

Tabela 5.8: Variac¸˜ao percentual com a press˜ao dos parˆametros de rede com relac¸˜ao aos respectivos valores em press˜ao ambiente com o aumento da press˜ao - LASSBio-1774

Fonte: Elaborada pela autora.

Uma maneira de representar as variac¸˜oes nos parˆametros de rede ´e por meio de strains, que s˜ao tensores de segunda ordem calculados a partir de dois conjuntos de parˆametros de rede. A partir da an´alise de strains ´e poss´ıvel inferir algumas poss´ıveis mudanc¸as estruturais resultantes da aplicac¸˜ao da press˜ao.

Os strains gerados pelo aumento da press˜ao foram determinados utilizando o programa WINS- TRAIN escrito por Ross Angel [42]. Os comprimentos dos eixos principais do elips´oide de strain e a orientac¸˜ao desses eixos com relac¸˜ao aos eixos cristalogr´aficos, calculados a partir dos parˆametros de rede, s˜ao mostrados na tabela5.9. Conforme citado anteriormente, o parˆametro b apresentou uma compress˜ao muito sutil, o que pode ser verificado tamb´em analisando os valores dos eixos princi-

5.1.3 Difrac¸˜ao de raios X em altas press˜oes do composto LASSBio-1774 69

pais do elips´oide de strain. O strainǫ3, o menor deles, encontra-se ao longo do eixo b (na direc¸˜ao [010]) evidenciando, mais uma vez, a pouca liberdade conformacional que a estrutura supramole- cular apresenta ao longo dessa direc¸˜ao. O maior strain, ǫ1, ´e encontrado formando um ˆangulo de 73 (◦_{) com o eixo a e 17(}◦_{) com o eixo c. Conforme a press˜ao foi sendo aumentada, a orientac¸˜ao} desse strain n˜ao se alterou significativamente enquanto que seu m´odulo aumentou gradativamente. A direc¸˜ao do strain ǫ1 se aproxima bastante da direc¸˜ao ao longo da qual as mol´eculas formam o arranjo do tipo herringbone. As figuras5.17,5.18e5.19mostram a sobreposic¸˜ao da c´elula unit´aria em press˜ao ambiente com as c´elulas unit´arias nas trˆes press˜oes coletadas vistas ao longo das trˆes direc¸˜oes. ´E poss´ıvel visualizar mais claramente as direc¸˜oes de maior e de menor flexibilidade da mol´ecula observando o empacotamento como um todo.

Coleta Press˜ao (Pa) Tensor unit´ario (GP a−1_{) Angulo com:}ˆ _{a (}◦_{) b (}◦_{) c (}◦₎

01 Patm- 5,95×107 ǫ1 = -0,0291(3) 73(1) 90,0 17(1) ǫ2 = -0,0167(2) 163,1 90,0 72,7 ǫ3 = -0,0075(2) 90,0 180,0 90,0 02 Patm- 1,27×108 ǫ1 = -0,0574(2) 82,8 90,0 7,6 ǫ2 = -0,0316(2) 172,8 90,0 82,4 ǫ3 = -0,0123(2) 90,0 180,0 90,0 03 Patm- 1,92×108 ǫ1 = -0,1043(2) 77,5 90,0 14,2 ǫ2 = -0,0437(2) 12,5 90,0 104,2 ǫ3 = -0,0084(2) 90,0 0,0 90,0

Tabela 5.9: Magnitude e orientac¸˜ao dos eixos principais dos elips´oides de strain para o composto LASSBio-1774 no intervalo de press˜ao dePatma 1,92×108Pa

5.1.3 Difrac¸˜ao de raios X em altas press˜oes do composto LASSBio-1774 70

Figura 5.17: Sobreposic¸˜ao [38] das c´elulas unit´arias do composto LASSBio 1774 em press˜ao ambiente e em altas press˜oes - Plano bc. I - C´elula unit´aria em press˜ao ambiente. II - c´elula unit´aria

na press˜ao 01. III - C´elula unit´aria na press˜ao 02. IV - C´elula unit´aria na press˜ao 03. Fonte: Elaborada pela autora.

Figura 5.18: Sobreposic¸˜ao [38] das c´elulas unit´arias do composto LASSBio 1774 em press˜ao ambiente e em altas press˜oes - Plano ac. I - C´elula unit´aria em press˜ao ambiente. II - c´elula unit´aria

na press˜ao 01. III - C´elula unit´aria na press˜ao 02. IV - C´elula unit´aria na press˜ao 03. Fonte: Elaborada pela autora.

5.1.3 Difrac¸˜ao de raios X em altas press˜oes do composto LASSBio-1774 71

Figura 5.19: Sobreposic¸˜ao [38] das c´elulas unit´arias do composto LASSBio 1774 em press˜ao ambiente e em altas press˜oes - Plano ab. I - C´elula unit´aria em press˜ao ambiente. II - c´elula unit´aria

na press˜ao 01. III - C´elula unit´aria na press˜ao 02. IV - C´elula unit´aria na press˜ao 03. Fonte: Elaborada pela autora.

A fim de verificar se a transic¸˜ao de fase ´e revers´ıvel foram realizadas v´arias determinac¸˜oes da c´elula unit´aria da amostra ap´os ser retirada da DAC. A amostra retornou `a condic¸˜ao inicial, com diminuic¸˜oes muito pequenas nos parˆametros de rede, sem perda de monocristalinidade, mostrando um car´ater el´astico na deformac¸˜ao ocorrida. Os parˆametros de rede obtidos p´os-coleta em altas press˜oes foram: a = 15,023(3) ˚A, b = 9,133(2) ˚A, c = 28,862(6) ˚A e volume = 3960(1) ˚A3_{. Antes da} coleta em altas press˜oes esses parˆametros eram: a = 15,0319(2) ˚A, b = 9.1414(1) ˚A, c = 28.9596(4)

˚

A, volume = 3979,41(14) ˚A3_{. Esse resultado ´e importante pois garante que, caso o medicamento ve-} nha a ser preparado na forma de comprimidos, n˜ao haver´a alterac¸˜ao nas propriedades f´ısico-qu´ımicas do mesmo. As press˜oes estimadas utilizadas durante o experimento est˜ao no intervalo das press˜oes tipicamente utilizadas durante o processo de prensagem na ind´ustria farmacˆeutica, que varia de 40 `a 200 MPa, dependendo da amostra a ser preparada [1,16]